การคำนวณเกนของเสาอากาศ

2564-10-22 www.whwireless.com

ประมาณ6นาทีจะอ่านจบ

เกนของเสาอากาศเป็นส่วนที่สำคัญมากของโครงสร้างความรู้เกี่ยวกับเสาอากาศ และแน่นอนว่าเป็นหนึ่งในพารามิเตอร์ที่สำคัญสำหรับการเลือกเสาอากาศ เกนของเสาอากาศสำหรับคุณภาพของการทำงานของระบบสื่อสารก็มีบทบาทสำคัญเช่นกัน โดยทั่วไปแล้ว เกนจะขึ้นอยู่กับการลดความกว้างของพนังการแผ่รังสีในแนวตั้งเป็นส่วนใหญ่ และในระนาบแนวนอนเพื่อรักษาประสิทธิภาพการแผ่รังสีรอบทิศทาง

A คำจำกัดความของอัตราขยายเสาอากาศ

เสาอากาศในทิศทางที่แน่นอนของ พลังงานรังสี ความหนาแน่นของฟลักซ์และเสาอากาศอ้างอิงในกำลังไฟฟ้าเข้าเดียวกันเมื่ออัตราส่วนความหนาแน่นฟลักซ์พลังงานรังสีสูงสุด

→ ต้องให้ความสนใจกับประเด็นต่อไปนี้

(1) หากไม่ทำเครื่องหมายเป็นพิเศษ อัตราขยายของเสาอากาศจะอ้างอิงถึงอัตราขยายของทิศทางการแผ่รังสีสูงสุด

(2) ภายใต้เงื่อนไขเดียวกัน ยิ่งเกนยิ่งสูง ทิศทางยิ่งดี คลื่นยิ่งแผ่ขยายออกไป กล่าวคือ ระยะทางที่ครอบคลุมเพิ่มขึ้น อย่างไรก็ตาม ความกว้างของความเร็วคลื่นจะไม่ถูกบีบอัด ยิ่งแผ่นปิดของคลื่นแคบลง ส่งผลให้การครอบคลุมมีความสม่ำเสมอไม่ดี

(3) เสาอากาศเป็นอุปกรณ์แบบพาสซีฟและไม่สร้างพลังงาน เกนของเสาอากาศเป็นเพียงความสามารถในการรวมพลังงานไปยังทิศทางเฉพาะของการแผ่รังสีหรือรับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ประการที่สอง สูตรคำนวณอัตราขยายของเสาอากาศ

เราสามารถเรียนรู้จากคำจำกัดความของอัตราขยายของเสาอากาศ อัตราขยายของเสาอากาศ และแผนที่ทิศทางของเสาอากาศมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิด ยิ่งแผ่นปิดหลักแคบลงเท่าใด แผ่นพับรองที่เล็กลงเท่าใด อัตราขยายก็จะยิ่งสูงขึ้น

5G 4G 8dbi เสาอากาศ mimo

(1) สำหรับเสาอากาศพาราโบลา เกนสามารถประมาณได้จากสมการต่อไปนี้

G(dBi) = 10Lg{4.5×(D/λ0)^2}

*โปรดทราบว่า

D: เส้นผ่านศูนย์กลางพาราโบลา

λ0: ความยาวคลื่นปฏิบัติการกลาง

4.5: ข้อมูลเชิงประจักษ์ที่ผ่านการตรวจสอบทางสถิติ

2.4 GHz 13 dBi สองขั้วรอบทิศทาง เสาอากาศ MIMO - ขั้วต่อตัวเมียชนิด N

(2) สำหรับเสาอากาศรอบทิศทางตั้งตรง สามารถใช้สมการต่อไปนี้เพื่อประมาณค่า

G(dBi) = 10Lg{2L/λ0}

*โปรดทราบว่า

L: ความยาวของเสาอากาศ

λ0: ความยาวคลื่นทำงานกลาง

ประการที่สาม การรับและส่งกำลัง

สัญญาณ RF ที่ส่งออกจากเครื่องส่งวิทยุผ่านตัวป้อน (สายเคเบิล) ไปยังเสาอากาศโดยเสาอากาศในรูปแบบของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่แผ่ออกมา หลังจากที่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ามาถึงจุดรับ เสาอากาศจะได้รับ (ได้รับพลังงานเพียงส่วนเล็ก ๆ เท่านั้น) และส่งไปยังเครื่องรับวิทยุผ่านตัวป้อน ในทางวิศวกรรมของเครือข่ายไร้สาย การคำนวณกำลังส่งของเครื่องส่งและความสามารถในการแผ่รังสีของเสาอากาศจึงเป็นสิ่งสำคัญมาก

กำลังส่งของคลื่นวิทยุคือพลังงานในช่วงคลื่นความถี่ที่กำหนด และมักจะวัดหรือวัดได้สองวิธี

กำลัง (W): ระดับเชิงเส้นสัมพันธ์กับ 1 วัตต์ (วัตต์)

ได้รับ (dBm): ระดับสัดส่วนที่สัมพันธ์กับ 1 มิลลิวัตต์ (มิลลิวัตต์)

→ นิพจน์ทั้งสองสามารถแปลงเป็นนิพจน์อื่นได้

dBm = บันทึก 10 x [กำลัง mW]

mW = 10^[รับ dBm / 10 dBm]

ในระบบไร้สาย เสาอากาศใช้ในการแปลงคลื่นปัจจุบันเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า และในกระบวนการแปลง เสาอากาศยัง "ขยาย" สัญญาณที่ส่งและรับสัญญาณอีกด้วย อัตราขยายของเสาอากาศวัดเป็น "dBi"

เนื่องจากพลังงานคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในระบบไร้สายถูกสร้างขึ้นโดยการขยายพลังงานส่งสัญญาณของอุปกรณ์ส่งสัญญาณและเสาอากาศซ้อนทับดังนั้นการวัดพลังงานที่ส่งผ่านจะดีที่สุดในการวัดเดียวกัน - อัตราขยาย (dB) เช่นกำลังไฟฟ้า ของอุปกรณ์ส่งสัญญาณคือ 100mW หรือ 20dBm; อัตราขยายของเสาอากาศคือ 10dBi จากนั้น

พลังงานส่งทั้งหมด = กำลังส่ง (dBm) + อัตราขยายของเสาอากาศ (dBi)

= 20dBm + 10dBi

= 30dBm

หรือ: = 1000mW = 1W

[กฎ 3dB]

→ ทุกๆ เดซิเบลมีความสำคัญในระบบ "พลังงานต่ำ" โดยเฉพาะอย่างยิ่ง จำกฎ "3dB"

การเพิ่มขึ้นหรือลดลง 3 dB แต่ละครั้งหมายถึงการเพิ่มหรือลดกำลังเป็นสองเท่าหรือลดลงครึ่งหนึ่ง: -3 dB = 1/2 กำลัง

-3 dB = 1/2 กำลังไฟฟ้า

-6 dB = 1/4 กำลังไฟฟ้า

+3 dB = กำลัง 2x

+6 dB = กำลัง 4x

ตัวอย่างเช่น 100 mW มีกำลังส่งแบบไร้สาย 20 dBm ในขณะที่ 50 mW มีกำลังส่งแบบไร้สาย 17 dBm และ 200 mW มีกำลังส่ง 23 dBm

ตัวบ่งชี้พารามิเตอร์หลักของเสาอากาศ

เสาอากาศ อัตราส่วนหน้า-หลัง คืออัตราส่วนของความหนาแน่นของฟลักซ์พลังงานในทิศทางการแผ่รังสีสูงสุดของแผ่นพับหลัก (ระบุเป็น 0°) ต่อความหนาแน่นของฟลักซ์พลังงานสูงสุดที่อยู่ใกล้ทิศทางตรงกันข้าม (กำหนดอยู่ภายใน 180°±30°) F /B=10log(กำลังเดินหน้า/ถอยหลัง)

มุมเอียงด้วยไฟฟ้าคือการแผ่รังสีสูงสุดที่ชี้ไปที่พื้นผิวการแผ่รังสีในแนวตั้งของเสาอากาศสื่อสารและมุมของเสาอากาศปกติ

เสาอากาศสื่อสารแบ่งออกเป็นเสาอากาศเอียงแบบตายตัวและเสาอากาศแบบเอียงไฟฟ้าตามการรองรับการปรับเอียงด้วยไฟฟ้าหรือไม่: เสาอากาศแบบเอียงลงแบบตายตัวหมายถึงเสาอากาศแบบมุมเอียงแบบตายตัวที่สร้างโดยการกำหนดแอมพลิจูดและเฟสของอาร์เรย์หน่วยการแผ่รังสีของเสาอากาศตาม ความต้องการครอบคลุมไร้สาย และเสาอากาศแบบเอียงไฟฟ้าหมายถึงความแตกต่างของเฟสของหน่วยการแผ่รังสีที่แตกต่างกันในอาร์เรย์ผ่านหน่วยเปลี่ยนเฟสเพื่อสร้างสถานะการเอียงของพนังหลักการแผ่รังสีที่แตกต่างกัน โดยปกติสถานะการเอียงลงของเสาอากาศแบบเอียงไฟฟ้าภายในช่วงมุมที่ปรับได้เท่านั้น

ในทิศทางของไดอะแกรมมักจะมีปีกนกสองปีกหรือมากกว่าซึ่งเป็นปีกนกที่ใหญ่ที่สุดที่เรียกว่าปีกนกหลัก ส่วนปีกที่เหลือเรียกว่าปีกนกรอง มุมระหว่างจุดครึ่งกำลังสองจุดของแผ่นปิดหลักถูกกำหนดเป็นความกว้างของแผ่นปิด (ลำแสง) ของแผนผังทิศทางเสาอากาศ เรียกว่าครึ่งกำลัง (มุม) ความกว้างของพนัง ยิ่งความกว้างของแผ่นพับหลักแคบลง ทิศทางยิ่งดี ความสามารถในการป้องกันการรบกวนยิ่งแข็งแกร่ง โดยทั่วไป ยิ่งความกว้างของลำแสงพนังหลักของเสาอากาศแคบลงเท่าใด ค่าเกนของเสาอากาศก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น

เกนของเสาอากาศและขนาดเสาอากาศและความกว้างของลำแสงของความสัมพันธ์

ยิ่ง "ยาง" แบนลง สัญญาณยิ่งเข้มข้น เกนยิ่งสูง ขนาดเสาอากาศยิ่งใหญ่ บีมไวด์ยิ่งแคบลง

→ 3 จุดสำคัญที่ต้องใส่ใจเป็นพิเศษ

1. เสาอากาศ เป็นอุปกรณ์แบบพาสซีฟและไม่สร้างพลังงาน เกนของเสาอากาศเป็นเพียงความสามารถในการโฟกัสพลังงานอย่างมีประสิทธิภาพในทิศทางเฉพาะเพื่อแผ่หรือรับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

2 อัตราขยายของเสาอากาศเกิดจากการซ้อนของออสซิลเลเตอร์ ยิ่งได้รับสูง ความยาวของเสาอากาศก็จะยิ่งยาวขึ้น ได้รับ เพิ่ม 3dB เพิ่มระดับเสียงเป็นสองเท่า

3, ยิ่งได้รับเสาอากาศสูง, ทิศทางที่ดีขึ้น, พลังงานที่มีความเข้มข้นมากขึ้น, แผ่นพับคลื่นที่แคบลง

อัตราส่วนคลื่นนิ่งแรงดันของเสาอากาศ (VSWR) คือเสาอากาศเป็นโหลดสายส่งที่ไม่สิ้นเปลือง ในสายส่งตามคลื่นแรงดันคงที่ที่สร้างขึ้นบนกราฟ อัตราส่วนของค่าสูงสุดต่อค่าต่ำสุด

อัตราส่วน VSWR ถูกสร้างขึ้นเนื่องจากการส่งพลังงานคลื่นตกกระทบไปยังปลายอินพุตของเสาอากาศไม่ได้ถูกดูดซับทั้งหมด (การแผ่รังสี) ที่สร้างขึ้นโดยการวนซ้ำของคลื่นสะท้อนกลับและเกิดขึ้น ยิ่ง VSWR มีขนาดใหญ่เท่าใด การสะท้อนกลับยิ่งมาก การจับคู่ก็จะยิ่งแย่ลง ในระบบการสื่อสารเคลื่อนที่ ข้อกำหนดทั่วไปของ VSWR จะน้อยกว่า 1.5

แรงดันสัญญาณอินพุตของเสาอากาศและอัตราส่วนกระแสสัญญาณ เรียกว่าอิมพีแดนซ์อินพุตของเสาอากาศ ทั่วไป เสาอากาศสื่อสารเคลื่อนที่ อิมพีแดนซ์อินพุต 50Ω

โครงสร้างอิมพีแดนซ์อินพุตและเสาอากาศ ขนาดและความยาวคลื่น ในช่วงความถี่การทำงานที่ต้องการ เพื่อให้อิมพีแดนซ์อินพุตของส่วนจินตภาพมีขนาดเล็กมาก และส่วนจริงค่อนข้างใกล้กับ 50Ω ซึ่งเป็นเสาอากาศและสายป้อนที่มีอิมพีแดนซ์ที่ดี จะต้องตรงกัน

ปรากฏการณ์อินเตอร์มอดูเลชั่นเกิดจากแถบความถี่ที่อยู่นอกความถี่พาหะตั้งแต่สองความถี่ขึ้นไปผสมกันในแถบหลังส่วนประกอบความถี่ใหม่ ส่งผลให้ปรากฏการณ์ประสิทธิภาพของระบบลดลง พลังที่สูงขึ้น ส่งสัญญาณ มักจะผสมกันเพื่อสร้างสัญญาณอินเทอร์มอดูเลชั่นที่สิ้นสุดในแถบรับสัญญาณ ซึ่งสัญญาณที่ได้รับจากเสาอากาศของสถานีฐานมักจะใช้พลังงานต่ำ หากสัญญาณอินเทอร์มอดูเลชันมีกำลังเท่ากันหรือสูงกว่าสัญญาณที่ได้รับจริง ระบบอาจเข้าใจผิดว่าสัญญาณอินเทอร์มอดูเลชันเป็นสัญญาณจริง

การแยกแสดงสัดส่วนของสัญญาณที่ป้อนไปยังพอร์ตหนึ่ง (โพลาไรซ์หนึ่งอัน) ของเสาอากาศโพลาไรเซชันคู่ที่ปรากฏในพอร์ตอื่น (โพลาไรเซชันอื่น)

www.whwireless.com